专题三化学工业的发展概况及典型化学工业介绍PPT课件.ppt

化学工程与工艺专业概论 广州大学化学化工学院陈姚 1 专题三 4学时 化学工业的发展概况及典型化学工业介绍 化学工业的发展概况合成氨工艺硫酸工业制碱工业石油化学工业 重点 2 四 石油化学工业 简称石油化工 石油化学工业是基础性产业 是国民经济的支柱产业 是化学工业的重要组成部分 基本有机化工 高分子化工 精细化工及氮肥工业等的产品中大约有90 来源于石油和天然气 90 左右的有机化工产品上有原料可归结为 三烯 乙烯 丙烯 丁二烯 主要由石油制取 三苯 苯 甲苯 二甲苯 可由石油 天然气和煤制取 乙炔 萘和甲醇 可由石油 天然气和煤制取 3 石油化学工业 内容 1 石油的组成和性质2 石油化学工业的发展3 石油化工技术与产品4 广东省石油化工产业发展现状 4 1 石油的组成和性质 石油又称原油 是从地下深处开采的有气味的棕黑色或黄褐色可燃粘稠状液体 石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成的混合物 与煤一样属于化石燃料 石油的性质因产地而异 相对密度大约为0 75 1 0g cm3 粘度范围很宽 凝固点差别很大 30 60C 沸点范围为常温到500C以上 可溶于多种有机溶剂 不溶于水 但可与水形成乳状液 5 石油主要由下列化学元素组成 碳 83 87 氢 11 14 硫 0 06 0 8 氮 0 02 1 7 氧 0 08 1 82 微量金属元素 Ni V Fe 由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分 约占95 99 石油是由分子量不同 组成和结构不同 数量众多的化合物构成的混合物 石油中的化合物可以分为烃类 非烃类以及胶质和沥青三大类 6 石油中烃类化合物 不同产地的石油中 各种烃类的结构和所占比例相差很大 但主要属于烷烃 环烷烃 芳香烃三类 石蜡基石油 以烷烃为主 环烃基石油 以环烷烃 芳香烃为主 中间基石油 介于二者之间 组成不同类的石油 加工方法有差别 产品的性能也不同 应当物尽其用 7 石油中非烃类化合物 非烃类化合物有硫化物 氮化物 含氧化合物和金属有机化合物 它们的含量虽然很低 但对石油加工过程以及石油产品的性质有很大影响 有的还使催化剂中毒 有的腐蚀管道和设备 有的使用时污染环境等 所以石油加工时均需要脱硫 脱氮 脱金属预先将其除去和回收利用 8 石油中的胶质和沥青 胶质和沥青质主要存在于渣油中 多为相对分子质量很大的稠环环烷烃 稠环芳香烃和含S N等杂原子的环状化合物 9 2 石油化学工业的发展 美国是石油化工的发源地 早在1859年就在美国宾夕法尼亚州泰斯维勒发现了石油 并于2年后在当地建成投产了世界第一座炼油厂 但全球石油石化工业的形成 发展和走向成熟则是20世纪的事 20世纪初 石油还仅仅是一种普通的矿产资源 提供以煤油为主的照明燃料等 10 续 石油化学工业的发展 随着汽车的出现 以汽车工业为代表的现代工业和交通运输业的产生和发展壮大 世界石油炼制工业经过不断发展壮大并走向成熟 进而带动关联产业的发展 促进了各国经济的腾飞和工业化进程的加速 相应的石油勘探开发业在过去的百年中也走过了由小到大 由弱到强 由陆地走向海洋的创业 发展和壮大之路 11 续 石油化学工业的发展 到20世纪中叶 石油在一次能源消费中的比重超过煤炭 成为世界能源供应的主力 石油能源对促进世界经济繁荣和发展起到了强大的推动作用 对人类社会的文明进步作出了贡献 现在 石油已成为举世瞩目的重要战略物资 无怪乎一些专家学者把20世纪称之谓 石油世纪 把石油誉为工业的血液 12 续 石油化学工业的发展 石油的加工利用并逐渐形成石油炼制工业始于19世纪30年代 到20世纪40 50年代形成的现代炼油工业 是最大的加工工业之一 19世纪30年代起 陆续建立了石油蒸馏工厂 产品主要是灯用煤油 汽油没有用途当废料抛弃 19世纪70年代建造了润滑油厂 并开始把蒸馏得到的高沸点油做锅炉燃料 13 续 石油化学工业的发展 19世纪末内燃机的问世使汽油和柴油的需求猛增 仅靠原油的蒸馏 即原油的一次加工 不能满足需求 于是诞生了以增产汽 柴油为目的 综合利用原油各种成分的原油二次加工工艺 如1913年实现了热裂化 1930年实现了焦化 1930年实现了催化裂化 1940年实现了催化重整 此后加氢技术也迅速发展 这就形成了现代的石油炼制工业 20世纪50年代以后 石油炼制为化工产品的发展提供了大量原料 形成了现代石油化学工业 1996年全世界的石油加工能力为38亿吨 14 3 石油化工技术与产品 1 石油炼制石油化工指以石油和天然气为原料 生产石油产品和石油化工产品的加工工业 石油产品又称油品 主要包括各种燃料油 汽油 煤油 柴油等 和润滑油以及液化石油气 石油焦碳 石蜡 沥青等 生产这些产品的加工过程常被称为石油炼制 简称炼油 15 续 石油炼制 根据沸程的不同 将油品分类 石脑油 轻汽油 50 140 汽油140 200 航空煤油140 230 煤油180 310 柴油260 350 润滑油350 520 重 渣油 520 16 汽油 主要来源于常减压蒸馏得到直馏汽油和催化裂化重整得到催化汽油 主要评价指标 辛烷值 评价汽油在内燃机中燃烧时抗爆震性能的指标 辛烷值越大 抗爆震性能愈高 汽油的质量也愈好 测定方法 将异辛烷规定为100 正庚烷为0 两者以不同比例混合制成标准汽油 待测汽油与标准汽油相比 若两者在标准汽油机中抗爆性能相同 则待测汽油的辛烷值就是同测标准汽油中异辛烷的百分含量 17 柴油 主要评价指标 十六烷值是评定柴油发火性能 自燃性 的指标 指在单缸发动机中 当试验油料的自燃性和十六烷与2 甲基萘某一混合物的自燃性能相同时 待测油料的十六烷值就和混合油料中十六烷值的体积百分数相同 18 柴油 主要评价指标 馏程闪点评定柴油蒸发性能的指标 主要是50 和90 的馏出温度凝点 在规定的实验条件下 试样开始失去流动性的温度冷滤点 通过过滤器的流量每分钟不足20ml时的最高温度柴油标号的依据是柴油的凝固点 根据使用时的气温选用不同标号 5 8 以上 0 8 至4 10 4 至 5 20 5 至 14 35 14 至 29 50 29 至 44 19 2 石油的加工 为了充分利用宝贵的石油资源 对石油进行一次加工和二次加工 在生产燃料油的同时还制取各类化工原料 石油的一次加工采用常压蒸馏和减压蒸馏方法 利用原油中各组分沸点的差别进行分离 常压蒸馏和减压蒸馏均为没有化学反应的传质 传热物理过程 以加工得到各种油品为主要目的 20 21 22 23 续 石油的一次加工 常压塔出来的石脑油含有C5 C10烷烃和环烷烃及少量轻芳烃 轻石脑油的沸程为30 150 重石脑油的沸程为150 220 石脑油是汽油和催化重整的原料 煤油沸程175 275 含C9 C16烃类 煤油作喷气式飞机和拖拉机的燃料 轻柴油沸程200 300 含C15 C18烃类 24 续 石油的一次加工 沸程更高一些的馏分是重柴油 国外称之为瓦斯油 gasoil 塔底流出的常压重油也称为拔顶原油 沸点高于350 其中大部分是瓦斯油和润滑油成分 但如果继续在常压下分离 则需将其加热至400 以上 这会导致重油馏分中大分子化合物发生分解和缩合反应 产生许多气体和焦炭 降低油品产率和质量 结焦堵塞而缩短设备的生产周期 因此需要减压以降低沸点 才能继续进行蒸馏 25 续 石油的一次加工 通过减压蒸馏可以从常压重油中蒸出正常沸点低于550 的馏分 由减压塔不同高度塔板处可分别取出不同沸程馏分油 其中减压柴油 亦称减压瓦斯油 的量很多 这些馏分油可制取润滑油 也可作裂化原料 塔底减压渣油的正常沸点高于550 原油中大部分胶质 沥青质都留于其中 有机硫化物 有机氮化物和有机金属化合物含量高 减压渣油可作化工原料 锅炉燃料 焦化原料 或经加工后生产高粘度润滑油和沥青 26 2019 12 27 27 石油的二次加工 石油的一次加工只能将原油切割成几个馏分 为了生产更多的燃料和化工原料 需要对各个馏分油进行二次加工 主要的几种加工过程为 催化重整 catalyticreforming 催化裂化 catalyticcracking 催化加氢裂化 catalytichydrocracking 烃类热裂解 pyrolysisofhybrocarbons 28 催化重整 在含铂的催化剂作用下加热汽油馏分 使其中的烃类分子重新排列形成新分子的工艺过程 在催化重整过程中 主要发生环烷烃脱氢 烷烃脱氢环化等生成芳烃的反应 此外还有烷烃的异构化和加氢裂化等反应 原料油 石脑油当以生产高辛烷值汽油为目的时 采用80 180 的馏分 以生产芳烃为主要目的时 采用60 140 的馏分 产物 提供高辛烷值汽油 苯 甲苯 二甲苯等芳烃原料 以及液化气和溶剂油 并副产氢气 催化剂由活性组分 铂 助催化剂和酸性载体 如经HCl处理的Al2O3 组成 29 催化裂化 在催化剂作用下加热重质馏分油 使大分子烃类化合物裂化的过程 原料油 直馏柴油减压柴油重柴油焦化馏分油 碳数多在18以上 反应条件 450 530 0 1 0 3MPa 催化剂为微球形 颗粒直径10 100 m 目前采用高活性的分子筛催化剂 产物 高质量汽油 产率30 60 并副产柴油 锅炉燃油 液化气和气体等产品 30 催化加氢裂化 催化剂存在及高氢压下 加热重质油使其发生各类加氢和裂化反应 原料油 减压柴油重柴油减压渣油工艺 高压法和中压法 高压法的操作压力高于10MPa 反应温度370 450 中压法压力5 10MPa 反应温度370 380 催化剂分为两类 即Ni Mo W Co的非贵金属氧化物和Pt Pd氧化物 均用硅酸铝加分子筛或氧化铝为载体 产物 油品安定性好航空煤油柴油汽油 31 汽油加氢裂化过程中发生的反应类型主要有 大分子烷烃加氢裂解成较小分子烷烃 环烷烃加氢开环生成链烷烃 芳烃加氢生成环烷烃 有机含硫化合物加氢生成烷烃和硫化氢 有机含氮化合物加氢生成烷烃和氨 有机含氧化合物加氢生成烃和水 有机金属化合物加氢分解释出金属及烃类 32 33 烃类热裂解 将烃类加热到750 900 使其发生裂解 原料油 乙烷丙烷石脑油产物 乙烯丙烯丁烯丁二烯三苯等芳烃其他化工原料 34 35 生产石油化工产品 以炼油过程提供的原料油进一步化学加工获得石油化工产品 第一步是对原料油和气 如丙烷 汽油 柴油等 进行裂解 生成以乙烯 丙烯 丁二烯 苯 甲苯 二甲苯为代表的基本化工原料 第二步是以基本化工原料生产多种有机化工原料 约200种 及合成材料 塑料 合成纤维 合成橡胶 36 37 4 广东省石油化工产业发展现状 石油化工是广东省经济的九大支柱之一 在广东省国民经济发展中占有极为重要的地位 从2000年开始 广石化20万吨乙烯扩建工程 湛江东兴500万吨炼油扩建工程 茂名石化80万吨乙烯扩建工程 广石化1000万吨炼油扩建工程纷纷上马 加上大亚湾的南海石化投产 南海炼油项目开工建设 广东沿海石化产业带格局基本成型 38 续 广东省石油化工产业发展现状 目前广东省总计有原油一次加工能力3150万吨 年 乙烯生产能力200万吨 年 两项均居全国第一 2006年茂名石化 广州石化 湛江东兴石油 中海壳牌南海石化四家企业共实现销售收入1236亿元 交纳税金近200亿元 广东的炼油能力主要集中在茂名 广州 湛江三地 中海油在惠州的1200万吨炼油项目2007年投产 而广州南沙将由中石化与科威特方面合作建设1500万吨级的炼油厂 39 续 广东省石油化工产业发展现状 2006年我省石油和化工随石化基地的建设不断推进 在全国所处的位置发生了变化 现价产值排全国第三位 利润排全国第七位 主要产品涂料139 0万吨 占全国27 4 全国第一 乙烯136 42万吨 占全国14 5 排全国第一 合成树脂261 52万吨 占全国10 34 排全国第三 塑料制品680 64万吨 占全国24 排全国第一 原油加工量2590 2万吨 占全国8 2 排全国第三 天然原油1337 78万吨 占全国7 3 排全国第七位 40 续 广东省石油化工产业发展现状 十一五 期间广东省投资1800亿元 包括重点新建 扩建5个炼油项目 5个乙烯项目 并在沿海地区集中布局建设5个石化基地 5个炼油项目分别是 中石化茂名分公司炼油扩建 中石化广州分公司炼油改造 中石化湛江东兴炼油改造 中海油新建惠州1200万吨 年炼油项目 以及规划于 十一五 期间新建的2000万吨 年炼油装置 41 续 广东省石油化工产业发展现状 5个石化基地分别是 惠州大亚湾石化区 茂湛沿海重化产业带 茂名石化区 湛江石化等 广州石化基地 包括广石化扩建 南沙石化及储运基地 崖门口沿岸重化产业带 珠海西区临港石化基地 江门新会东区银洲湖一带 汕潮揭沿海化工基地 汕头南区化工区 潮州饶平 揭阳惠来沿海等 42 续 广东省石油化工产业发展现状 广东 十一五 规划显示 到2010年 全省石化工业总产值将达到7300亿元 年均增长20 炼油能力达6500万吨 年 构建出具有国际竞争力的石化工业体系 不但要成为全国领头羊 而且在亚洲也要占重要地位 43 1 茂名石化 茂名石化是一家以炼油为龙头 石油化工为主体的大型炼化一体化企业 也是中国最大的石油化工生产基地之一 原油一次加工能力1350万吨 年 乙烯生产能力100万吨 年 拥有70多套主要生产装置 拥有完善的港口码头 海上原油接卸和铁路运输系统以及原油 成品油管输系统 2006年底公司固定资产总值240亿元 净值134亿元 化工产品主要有 聚乙烯 聚丙烯 丁苯橡胶 丁二烯橡胶 44 2 广州石化 广州石化现有年炼油1300万吨 生产乙烯20万吨的能力 石油化工主要生产装置50套 10万千瓦自备热电站 惠州大亚湾15万吨广州石化原油码头和170公里长输管线